在“碳達峰”、“碳中和”目標指引下，我國風(fēng)電行業(yè)得到快速發(fā)展，中國已經(jīng)成為全球風(fēng)力發(fā)電規(guī)模最大、增長最快的市場,累計裝機量位居全球第一。

北斗作為國之重器，已在交通運輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象測報、通信計時、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、公共安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，融入國家核心基礎(chǔ)設(shè)施，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

日前，湖南華電聯(lián)合聯(lián)智科技（衛(wèi)星技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心、基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化監(jiān)測與智能管控湖南省工程研究中心），將北斗高精度定位定向技術(shù)應(yīng)用于大型風(fēng)機結(jié)構(gòu)與運行安全監(jiān)測，強化了風(fēng)機的運行安全監(jiān)管，提升了機組發(fā)電效能，并在湖南相關(guān)風(fēng)場中應(yīng)用，成為北斗在風(fēng)力發(fā)電機組安全監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用首創(chuàng)。

進軍低風(fēng)速區(qū)，高柔塔風(fēng)機呼喚技術(shù)創(chuàng)新護航安全

繼4月11日，河南黃縣某風(fēng)場發(fā)生一臺風(fēng)力發(fā)電機倒塔事故后，日前，河南延津再發(fā)生一臺風(fēng)力發(fā)電機倒塌事故。業(yè)內(nèi)人士估計事故直接經(jīng)濟損失在2500萬-3000萬左右，而因風(fēng)電場事故調(diào)查導(dǎo)致的停機或限功率電費損失預(yù)計達3000萬。

近年來，風(fēng)機倒塔、葉片掃塔等事故不斷進入我們視野。事故不僅造成巨大經(jīng)濟損失，而且還帶來嚴重安全隱患和責任，在社會上形成巨大影響。

為了在低風(fēng)速地區(qū)保障風(fēng)機的發(fā)電量，加長風(fēng)機葉片，并抬升輪轂高度捕獲更多的風(fēng)能成為行業(yè)趨勢。為此，高柔塔機型應(yīng)運而生。

但隨高度增加和塔筒柔性增大的是風(fēng)機結(jié)構(gòu)運行安全監(jiān)測難題。國家能源集團《高柔塔風(fēng)電機組安全風(fēng)險管控的思考》指出，高柔塔兩大主要風(fēng)險為塔頂擺幅較大風(fēng)險、低空急流風(fēng)險。柔塔相比傳統(tǒng)剛性塔架其固有頻率有所降低，易發(fā)生風(fēng)輪轉(zhuǎn)動與塔架共振現(xiàn)象（1P共振），會大量消耗機組使用壽命；在1P共振或渦激振蕩下，會發(fā)生塔頂最大擺幅。此外100m以上的高度層會有較大概率出現(xiàn)風(fēng)速突變情況（低空急流風(fēng)險），增加了葉片撞擊塔筒的風(fēng)險。

北斗+安全監(jiān)測，讓風(fēng)機更安全更高效

針對以上兩大安全風(fēng)險，湖南華電聯(lián)合聯(lián)智科技開展相關(guān)科研攻關(guān)，形成了以北斗高精度定位定向技術(shù)為核心的風(fēng)機安全監(jiān)測預(yù)警體系。

?塔頂位移軌跡實時監(jiān)測預(yù)警

核心技術(shù)：北斗高精度定位定向技術(shù)

高頻動態(tài)（1秒/次數(shù)據(jù)）解算下，監(jiān)測精度達厘米級。

塔筒作為一種特殊的高聳鋼結(jié)構(gòu)形式，風(fēng)機塔筒受力狀態(tài)極為復(fù)雜，機組故障、外部環(huán)境變化都有可能引起塔筒擺動異常。根據(jù)相關(guān)規(guī)范塔筒許用擾度應(yīng)控制在0.5%-0.7%，但受制于風(fēng)機高頻擺動、機艙不斷旋轉(zhuǎn)、結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則等因素，以往沒有行之有效的監(jiān)測手段。

為此，我們研發(fā)了適用于風(fēng)機的北斗高精度雙天線定位定向技術(shù)及成套設(shè)備，通過北斗雙天線定位定向技術(shù)，實現(xiàn)實時精確測量塔筒中心位移、機艙方位角參數(shù)，輔以地磁傳感器、風(fēng)速風(fēng)向儀、陀螺儀，進行深耦合解算，對風(fēng)機進行模態(tài)分析，形成了風(fēng)機運動狀態(tài)實時監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)塔頂位移軌跡實時監(jiān)測、預(yù)警。

?葉片凈空距離實時監(jiān)測預(yù)警

核心技術(shù)：毫米波雷達動態(tài)測距

刷新率500Hz，精度±0.16m
抗干擾能力極強，可穿透霧煙、灰塵

葉片是風(fēng)機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的重要設(shè)備，面對多變的環(huán)境和復(fù)雜的應(yīng)力耦合，其健康狀態(tài)與運行安全監(jiān)測至關(guān)重要。我們采用毫米波雷達動態(tài)測距實現(xiàn)凈空距離實時監(jiān)測、預(yù)警，擺脫了傳統(tǒng)監(jiān)測方式（布設(shè)應(yīng)變片、振動傳感器、光纖光柵傳感器、激光雷達等）成本較高、運維難度大、受環(huán)境干擾大等方面的劣勢。

為進一步提高對葉片裂紋等缺陷的監(jiān)測，我們通過使用音頻識別技術(shù)對可能產(chǎn)生的裂紋萌生和擴展進行動態(tài)監(jiān)測。

北斗+風(fēng)機運行安全監(jiān)測預(yù)警，是一套獨立的風(fēng)機運行安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，它解決了傳統(tǒng)監(jiān)測手段存在的不足，實現(xiàn)了塔頂位移、葉片凈空等風(fēng)機結(jié)構(gòu)安全及關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能監(jiān)測預(yù)警，創(chuàng)新了風(fēng)機安全保障方式，強化了風(fēng)機的運行安全監(jiān)管，提升了機組發(fā)電效能。